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2009 年度 実績報告書

革新的ゲルマニウム光電子融合素子の実証とそのシミュレーション技術開発

研究課題

研究課題/領域番号 21246003
研究機関東京都市大学

研究代表者

白木 靖寛  東京都市大学, 副学長 (00206286)

研究分担者 丸泉 琢也  東京都市大学, 工学部, 教授 (00398893)
野平 博司  東京都市大学, 工学部, 准教授 (30241110)
瀬戸 謙修  東京都市大学, 工学部, 講師 (10420241)
澤野 憲太郎  東京都市大学, 工学部, 講師 (90409376)
夏 金松  東京都市大学, 総合研究所, 助手 (00434184)
キーワードゲルマニウム / フォトニック結晶 / 量子ドット / シミュレーション / 光電子融合デバイス / マイクロディスク / 高誘電率絶縁膜 / 歪み
研究概要

電子デバイス開発として、高速歪みGeチャネルMOSFET実現に重要となる表面近傍構造の最適化を進めた。特に高誘電率ゲート絶縁膜特性に与えるSiキャップ層の効果を調べた。X線光電子分光法(XPS)によって、Si層を2nm以上挿入することで、歪みGe層の酸化を抑制でき、良質なゲート界面が形成されることが分かった。さらにSi層によりGeチャネルの歪み安定性が向上することが分かり、高速デバイス化へ向けて大きく前進することができた。電子デバイス設計として、ドリフト拡散モデルとモンテカルロ法に基づいたシミュレータを別個に立ち上げ、Siデバイスのシミュレーションを進めた。今後Geチャネルデバイスへと適用する。
これまでに室温発光を達成している、Ge量子ドット微小共振器構造をベースに、電流注入型ELデバイス構造の開発を進めた。p-i-n接合を有するマイクロディスク(MD)、フォトニック結晶構造作製プロセスを確立した。EBリソグラフィーの合わせマークとして、熱安定性を考慮してHfO_2膜を採用するなどのプロセス最適化を通して、室温エレクトロルミネッセンスを得ることに成功した。得られた発光ピークはMDの共振モードである、Whispering galleryモードであることが、FDTDシミュレーションにより確認された。得られたQ値は60から100であったが、これはPL構造の発光よりも小さく、改善に向け現在原因を特定中である。また、PLと同様に、発光強度は注入電流に対し非線形的な振る舞いを示し、MD中のキャリア密度増大が要因と考えられる。これらの結果は、高Q値(>2000)、単一モード発光デバイス実現へ向けた大きな前進を示すものと言える。

  • 研究成果

    (43件)

すべて 2010 2009

すべて 雑誌論文 (16件) (うち査読あり 16件) 学会発表 (27件)

  • [雑誌論文] Ion energy and dose dependence of strain relaxation for thin SiGe buffer layers using Si+ implantation2010

    • 著者名/発表者名
      Y.Hoshi, K.Sawano, A.Yamada, K.Arimoto, N.Usami, K.Nakagawa, Y.Shiraki
    • 雑誌名

      Thin Solid Films 518

      ページ: S162-S164

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Formation of Uniaxially Strained SiGe by Selective Ion Implantation Technique2010

    • 著者名/発表者名
      Kentarou Sawano, Yusuke Hoshi, Atsunori Yamada, Yoshiyasu Hiraoka, Noritaka Usami, Keisuke Arimoto, Kiyokazu Nakagawa, Yasuhiro Shiraki
    • 雑誌名

      Thin Solid Films 518

      ページ: 2454-2456

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Local Control of Strain in SiGe by Ion Implantation Technique2009

    • 著者名/発表者名
      K.Sawano, Y.Hoshi, Y.Hiraoka, N.Usami, K.Nakagawa, Y.Shiraki
    • 雑誌名

      Journal of Crystal Growth 311

      ページ: 806-808

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Strain dependence of hole effective mass and scattering mechanism in strained Ge channel structures2009

    • 著者名/発表者名
      K.Sawano, K.Toyama, R.Masutomi, T.Okamoto, N.Usami, K.Arimoto, K.Nakagawa, Y.Shiraki
    • 雑誌名

      Applied Physics Letters 95

      ページ: 122109-1-3

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Fabrication of thin strain-relaxed SiGe buffer layers with high Ge composition by ion implantation method2009

    • 著者名/発表者名
      Y.Hoshi, K.Sawano, Y.Hiraoka, Y.Sato, Y.Ogawa, A.Yamada, N.Usami, K.Nakagawa, Y.Shiraki
    • 雑誌名

      Journal of Crystal Growth 311

      ページ: 825-828

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Strain relaxation mechanisms in step-graded SiGe/Si(110) heterostructures grown by gas-source MBE at high temperatures2009

    • 著者名/発表者名
      Keisuke Arimoto, Masato Watanabe, Junji Yamanaka, Kiyokazu Nakagawa, Noritaka Usami, Kazuo Nakajima, Kentarou Sawano, Yasuhiro Shiraki
    • 雑誌名

      Journal of Crystal Growth 311

      ページ: 819-824

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Crystalline morphologies of step-graded SiGe layers grown on exact and vicinal (110) Si substrates2009

    • 著者名/発表者名
      Keisuke Arimoto, Masato Watanabe, Junji Yamanaka, Kiyokazu Nakagawa, Kentarou Sawano, Yasuhiro Shiraki, Noritaka Usami, Kazuo Nakajima
    • 雑誌名

      Journal of Crystal Growth 311

      ページ: 809-813

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Structural and transport properties of strained SiGe grown on V-groove patterned Si(110) substrates2009

    • 著者名/発表者名
      Keisuke Arimoto, Genki Kawaguchi, Kana Shimizu, Masato Watanabe, Junji Yamanaka, Kiyokazu Nakagawa, Noritaka Usami, Kazuo Nakajima, Kentarou Sawano, Yasuhiro Shiraki
    • 雑誌名

      Journal of Crystal Growth 311

      ページ: 814-818

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Electrical injection and detection of spin-polarized electrons in silicon through an Fe3Si/Si Schottky tunnel barrier2009

    • 著者名/発表者名
      Y.Ando, K.Hamaya, K.Kasahara, Y.Kishi, K.Ueda, K.Sawano, T.Sadoh, M.Miyao
    • 雑誌名

      Applied Physics Letters 94

      ページ: 182105-1-3

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Insulating phases induced by crossing of partially filled Landau levels in a Si quantum well2009

    • 著者名/発表者名
      Tohru Okamoto, Kohei Sasaki, Kiyohiko Toyama, Ryuichi Masutomi, Kentarou Sawano, Yasuhiro Shiraki
    • 雑誌名

      Physical Review B 79

      ページ: 241302-1-4

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Strain relaxation mechanisms in compositionally uniform and step-graded SiGe films grown on Si(110) substrates2009

    • 著者名/発表者名
      Keisuke Arimoto, Masato Watanabe, Junji Yamanaka, Kiyokazu Nakagawa, Kentarou Sawano, Yasuhiro Shiraki, Noritaka Usami, Kazuo Nakajima
    • 雑誌名

      Solid-State Electronics 53

      ページ: 1135-1143

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Probing the Behaviors of Point Defects in Silicon and Germanium Using Isotope Superlattices2009

    • 著者名/発表者名
      Masashi Uematsu, Miki Naganawa, Yasuo Shimizu, Kohei M.Itoh, Kentarou Sawano, Yasuhiro Shiraki, Eugene E.Haller
    • 雑誌名

      ECS Transaction 25

      ページ: 51-54

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Well-width dependence of valley splitting in Si/SiGe quantum wells2009

    • 著者名/発表者名
      Kohei Sasaki, Ryuichi Masutomi, Kiyohiko Toyama, Kentarou Sawano, Yasuhiro Shiraki, Tohru Okamoto
    • 雑誌名

      Applied Physics Letters 95

      ページ: 222109-1-3

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Electrical detection and magnetic-field control of spin states in phosphorus-doped silicon2009

    • 著者名/発表者名
      H.Morishita, L.S.Vlasenko, H.Tanaka, K.Semba, K.Sawano, Y.Shiraki, M.Eto, K.M.Itoh
    • 雑誌名

      Physical Review B 80

      ページ: 205206-1-6

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 不純物がドープされたULSIセルに生じる転位の結晶塑性解析2009

    • 著者名/発表者名
      佐藤満弘、大橋鉄也、丸泉琢也、北川功
    • 雑誌名

      日本機械学会論文集(A編) 75

      ページ: 1057-1062

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Generation and Wavelength Control of Resonant Luminescence from Silicon Photonic Crystal Microcavities with Ge Dots2009

    • 著者名/発表者名
      Jinsong Xia, Ryuichiro Tominaga, Seiji Fukamitsu, Noritaka Usami, Yasuhiro Shiraki
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics 48

      ページ: 022102-1-3

    • 査読あり
  • [学会発表] マイクロディスク共振器を用いたSi系発光デバイスのエレクトロルミネッセンス2010

    • 著者名/発表者名
      武田雄貴
    • 学会等名
      2010年春季 第57回応用物理学関係連合講演会
    • 発表場所
      東海大学(平塚)
    • 年月日
      2010-03-19
  • [学会発表] Siキャップ層による歪みGeチャネルの歪み安定性向上2010

    • 著者名/発表者名
      那須賢太郎
    • 学会等名
      2010年春季 第57回応用物理学関係連合講演会
    • 発表場所
      東海大学(平塚)
    • 年月日
      2010-03-19
  • [学会発表] Si表面近傍におけるボロンクラスタの安定位置(3)2010

    • 著者名/発表者名
      伊藤俊祐
    • 学会等名
      2010年春季 第57回応用物理学関係連合講演会
    • 発表場所
      東海大学(平塚)
    • 年月日
      2010-03-18
  • [学会発表] 角度分解X線光電子分光法によるHfO_2/Si/歪Ge/SiGe構造の評価2010

    • 著者名/発表者名
      小松新
    • 学会等名
      2010年春季 第57回応用物理学関係連合講演会
    • 発表場所
      東海大学(平塚)
    • 年月日
      2010-03-18
  • [学会発表] Ge濃縮層/SiGe層/Si(100)構造の形成と素子応用2010

    • 著者名/発表者名
      奥村景星
    • 学会等名
      2010年春季 第57回応用物理学関係連合講演会
    • 発表場所
      東海大学(平塚)
    • 年月日
      2010-03-17
  • [学会発表] 選択的イオン注入法により作製された一軸性歪みSiGeの歪み状態に与えるメサエッチの影響2010

    • 著者名/発表者名
      星裕介
    • 学会等名
      2010年春季 第57回応用物理学関係連合講演会
    • 発表場所
      東海大学(平塚)
    • 年月日
      2010-03-17
  • [学会発表] 熱処理の歪みSi_<1-y>C_y/Siヘテロ構造と素子特性に与える影響2010

    • 著者名/発表者名
      長葭一利
    • 学会等名
      2010年春季 第57回応用物理学関係連合講演会
    • 発表場所
      東海大学(平塚)
    • 年月日
      2010-03-17
  • [学会発表] 低抵抗コンタクト形成へ向けたGeへのSbデルタドーピングとその偏析現象2010

    • 著者名/発表者名
      澤野憲太郎
    • 学会等名
      2010年春季 第57回応用物理学関係連合講演会
    • 発表場所
      東海大学(平塚)
    • 年月日
      2010-03-17
  • [学会発表] Si-Based Light Emitting Devices Based on Ge Self-Assembled Quantum Dots (invited)2009

    • 著者名/発表者名
      夏金松
    • 学会等名
      2009 International Symposium on Crystal Science and Technologies
    • 発表場所
      山梨大学(甲府)
    • 年月日
      2009-12-04
  • [学会発表] Material aspects and characterization of Si/Ge hetero-structures on nano-scale for electronic and optical device applications (Invited)2009

    • 著者名/発表者名
      白木靖寛
    • 学会等名
      1st International Workshop on Si based nano-electronics and -photonics (SiNEP-09)
    • 発表場所
      Vigo, Spain
    • 年月日
      2009-09-22
  • [学会発表] HfO_2/歪みGeチャネル変調ドープ構造における正孔移動度の正孔密度依存性2009

    • 著者名/発表者名
      星裕介
    • 学会等名
      2009年秋季 第70回応用物理学関係連合講演会
    • 発表場所
      富山大学(富山)
    • 年月日
      2009-09-10
  • [学会発表] Si(111)基板上へのSiGe層のMBE成長と結晶性評価2009

    • 著者名/発表者名
      小川佑太
    • 学会等名
      2009年秋季 第70回応用物理学関係連合講演会
    • 発表場所
      富山大学(富山)
    • 年月日
      2009-09-10
  • [学会発表] As^+,B^+,Si^+イオン注入したSi-C混晶半導体膜のRTA処理による組織変化2009

    • 著者名/発表者名
      井上樹範
    • 学会等名
      2009年秋季 第70回応用物理学関係連合講演会
    • 発表場所
      富山大学(富山)
    • 年月日
      2009-09-10
  • [学会発表] (110)面上に形成された歪みSi薄膜の結晶性の改善2009

    • 著者名/発表者名
      八木聡介
    • 学会等名
      2009年秋季 第70回応用物理学関係連合講演会
    • 発表場所
      富山大学(富山)
    • 年月日
      2009-09-10
  • [学会発表] Introduction of Uniaxial Strain into Si/Ge Heterostructures by Selective Ion Implantation (Invited)2009

    • 著者名/発表者名
      澤野憲太郎
    • 学会等名
      2009年秋季 第70回応用物理学関係連合講演会
    • 発表場所
      富山大学(富山)
    • 年月日
      2009-09-10
  • [学会発表] 第一原理計算によるSi中のAsドーパントのXPS解析2009

    • 著者名/発表者名
      伴井香苗
    • 学会等名
      2009年秋季 第70回応用物理学関係連合講演会
    • 発表場所
      富山大学(富山)
    • 年月日
      2009-09-09
  • [学会発表] Si表面近傍におけるボロンクラスタの安定位置とそのSTM像(2)2009

    • 著者名/発表者名
      伊藤俊祐
    • 学会等名
      2009年秋季 第70回応用物理学関係連合講演会
    • 発表場所
      富山大学(富山)
    • 年月日
      2009-09-09
  • [学会発表] フォトニック結晶共振器を用いたSi系電流注入型発光デバイスの作製2009

    • 著者名/発表者名
      深水聖司
    • 学会等名
      2009年秋季 第70回応用物理学関係連合講演会
    • 発表場所
      富山大学(富山)
    • 年月日
      2009-09-08
  • [学会発表] Current-injected Si microdisk with Ge self-assembled quantum dots (Invited)2009

    • 著者名/発表者名
      夏金松
    • 学会等名
      2nd Photonics and OptoElectronics Meetings (POEM 2009)
    • 発表場所
      Wuhan, China
    • 年月日
      2009-08-10
  • [学会発表] Landau level crossing and pseudospin phase transitions in Si quantum wells2009

    • 著者名/発表者名
      佐々木恒平
    • 学会等名
      The 18th International Conference on Electronic Properties of Two-Dimensional Systems (EP2DS-18)
    • 発表場所
      神戸
    • 年月日
      2009-07-23
  • [学会発表] Identification of scattering mechanisms limiting the mobility of two-dimensional electron gas in Si/SiGe heterostructures2009

    • 著者名/発表者名
      土屋豪
    • 学会等名
      The 18th International Conference on Electronic Properties of Two-Dimensional Systems (EP2DS-18)
    • 発表場所
      神戸
    • 年月日
      2009-07-20
  • [学会発表] Cyclotron resonance of two-dimensional electrons in a Si quantum well2009

    • 著者名/発表者名
      枡富龍一
    • 学会等名
      The 18th International Conference on Electronic Properties of Two-Dimensional Systems (EP2DS-18)
    • 発表場所
      神戸
    • 年月日
      2009-07-20
  • [学会発表] Formation of Uniaxially Strained SiGe by Selective Ion Implantation Technique2009

    • 著者名/発表者名
      澤野憲太郎
    • 学会等名
      E-MRS 2009 Spring Meeting
    • 発表場所
      Strasbourg, France
    • 年月日
      2009-06-11
  • [学会発表] Absence of Transient Enhanced Diffusion in Ion-Implanted Ge Investigated by Isotope Superlattices2009

    • 著者名/発表者名
      植松真司
    • 学会等名
      E-MRS 2009 Spring Meeting
    • 発表場所
      Strasbourg, France
    • 年月日
      2009-06-09
  • [学会発表] Stable position of B12 cluster near Si(001) surfaces and its STM images2009

    • 著者名/発表者名
      伊藤俊祐
    • 学会等名
      13^<th> International Workshop on Computaional Electronics
    • 発表場所
      Beijing, China
    • 年月日
      2009-05-27
  • [学会発表] Ion dose and species dependence of strain relaxation of SiGe buffer layers formed by ion-implantation technique2009

    • 著者名/発表者名
      星裕介
    • 学会等名
      6th International Conference on Silicon Epitaxy and Heterostructures
    • 発表場所
      Los Angeles, USA
    • 年月日
      2009-05-19
  • [学会発表] CMP for high mobility strained Si/Ge Channels (Invited)2009

    • 著者名/発表者名
      澤野憲太郎
    • 学会等名
      2009 MRS (Materials Research Society) Spring Meeting
    • 発表場所
      San Francisco, USA
    • 年月日
      2009-04-16

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公開日: 2011-06-16   更新日: 2016-04-21  

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